रोबोटिक्स
‘स्टिकी मेटल’ रोबोटिक्स, ऊर्जा भंडारण और बायोटेक समाधान में व्यापक अनुप्रयोग रख सकता है
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सॉफ्ट रोबोटिक के लिए स्टिकी मेटल
एक समस्या जिस पर रोबोटिक्स विकास लगातार टकराता रहता है, वह है ऐसे रोबोट और सिस्टम बनाना जो वास्तविक दुनिया से निपट सकें। इसके लिए अक्सर लचीलापन और “सॉफ्ट” भागों की आवश्यकता होती है, न कि केवल यांत्रिक संरचनाओं की।
विभिन्न दृष्टिकोणों के साथ प्रयोग किया जा रहा है। उल्लेखनीय रूप से, हमने पहले एक नई चुंबकीय सामग्री के बारे में रिपोर्ट किया था जिससे तथाकथित “सॉफ्ट रोबोटिक्स” बन सके, जिसे हमने अपने लेख “मैग्नेटिक जेल कैप्सूल रोबोटिक्स और दवा दोनों को आगे बढ़ा सकते हैं” में विस्तार से चर्चा की थी।
हालाँकि, एक अन्य दृष्टिकोण धातु और सॉफ्ट भागों को एक साथ जोड़ना होगा। यह ऐतिहासिक रूप से कठिन रहा है, जहाँ धातु‑ऑर्गेनिक जंक्शन मुख्य समस्या रहे हैं।
यह समस्या संभवतः यूनिवर्सिटी ऑफ मैरीलैंड, यूएसए के शोधकर्ताओं वेन्हाओ शु, फ़राज़ ए. बर्नी, और श्रीनिवास आर. राघवन द्वारा हल की गई है। उन्होंने “स्टिकी मेटल” नामक एक प्रकार विकसित किया है जो हाइड्रोजेल, मांसपेशियों और पौधों जैसी अधिकांश सॉफ्ट सामग्री के साथ एक मजबूत और टिकाऊ जंक्शन बना सकता है।
स्टिकी मेटल कैसे काम करता है
यह खोज एक नए सिद्धांत पर आधारित है जिसे शोधकर्ताओं ने हार्ड‑सॉफ्ट इलेक्ट्रोएडहेज़न (EA) कहा है।
वे अभी भी इसे पूरी तरह समझाने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन अब तक उन्हें जो पता चला है वह यह है।
केवल कुछ धातुएँ EA गुण प्रदर्शित करती हैं
सभी धातुओं का EA में उपयोग नहीं किया जा सकता। जिन धातुओं का रिडक्शन पोटेंशियल सकारात्मक होता है, वे उपयोगी हैं, जबकि जिनका नकारात्मक होता है, वे नहीं।
जो धातुएँ चिपकती नहीं हैं, वे एनोड पर पहले ऑक्सीकरण हो जाती हैं। इस धातु का ऑक्सीकरण (इलेक्ट्रोलिसिस) किसी भी प्रतिस्पर्धी प्रक्रिया पर हावी हो जाता है, जिससे चिपकन नहीं बन पाती।
इसके विपरीत, जो धातुएँ चिपकती हैं, वे अपेक्षाकृत निष्क्रिय होती हैं, जिससे जेल नेटवर्क के पॉलीमर चेन एनोड पर पहले ऑक्सीकरण हो पाते हैं।
यह टाइटेनियम, जिंक, आयरन और निकेल जैसी सामान्य धातुओं को बाहर रखता है, और यही कारण हो सकता है कि EA अभी तक खोजा नहीं गया। हालांकि, इसमें टिन, लेड, कॉपर जैसी सस्ती और सामान्य धातुएँ तथा ग्रेफ़ाइट (जो धातु नहीं, बल्कि शुद्ध कार्बन है) शामिल हैं। इसलिए, यह एक सीमा लग सकती है, परन्तु यह रोबोटिक अनुप्रयोगों के लिए कोई बाधा नहीं बननी चाहिए।
यह कैसे काम करता है?
EA तब बनता है जब धातु पर धारा लागू की जाती है।
सिद्धांत यह है कि सॉफ्ट सामग्री (जेल या अन्य) का ऑक्सीकरण धातु और पॉलीमर चेन के बीच रासायनिक बंध बनाता है। ये रासायनिक बंध धातु और सॉफ्ट सामग्री के बीच एक मजबूत जंक्शन बनाते हैं, जिससे मजबूत चिपकन प्राप्त होती है।
इस प्रक्रिया को उल्टी धारा लागू करके आसानी से उलटा भी जा सकता है। इससे रिडक्टिव रासायनिक स्थितियाँ बनती हैं, जो “रासायनिक बंध को घोल देती हैं” और चिपकन को समाप्त कर देती हैं।
यह सिद्धांत उन प्रयोगों द्वारा भी समर्थित है जिन्होंने दिखाया कि हाइड्रोजेल में कोई भी परिवर्तन केवल धातु के संपर्क सतह पर ही होता है।
ऐसा भी प्रतीत होता है कि रासायनिक बंध की सटीक प्रकृति और विशेषताएँ धातु और सॉफ्ट सामग्री की संबंधित रसायनों पर निर्भर करती हैं।
स्टिकी मेटल किससे चिपक सकता है?
प्रकाशित वैज्ञानिक पेपर मुख्यतः विभिन्न प्रकार के हाइड्रोजेल पर चिपकन पर केंद्रित है, क्योंकि उन्होंने इसे संशोधित करने और प्रयोग करने के लिए एक अच्छा पदार्थ माना।
हालाँकि, इन सिद्धांतों को कई अन्य सामग्रियों पर भी लागू किया जा सकता है, जैसे कि पशु मांसपेशियाँ या यहाँ तक कि टमाटर। कुल मिलाकर, सॉफ्ट सामग्री की एकमात्र आवश्यकता यह है कि वह आयनिक कंडक्टर हो, जो लगभग सभी जैविक ऊतकों में मौजूद है।
समान रूप से प्रभावशाली बात यह है कि EA जल के नीचे भी हो सकता है, जहाँ चिपकन प्राप्त करना बहुत कठिन होता है।
स्टिकी धातुओं के संभावित अनुप्रयोग
रोबोटिक्स ग्रिपिंग
EA का पहला और सबसे त्वरित अनुप्रयोग रोबोटों के लिए बेहतर ग्रिपर विकसित करना है। वस्तुओं को बिना गिराए या उन्हें प्यूरी में बदलने के बिना सही ढंग से पकड़ना रोबोटों के लिए लगातार एक समस्या रही है।
EA को रोबोट की उंगली में उंगलियों, हाथों, जोड़ों या अन्य जटिल एवं विशिष्ट आकारों की आवश्यकता नहीं होती। इसलिए यह वर्तमान में उपयोग की जा रही विधियों के लिए सस्ते, अधिक कुशल और सुरक्षित विकल्पों का मार्ग खोल सकता है।
स्रोत: Corteva
बैटरियां
इलेक्ट्रिक वाहनों (EVs) और नवीकरणीय ऊर्जा के बढ़ते मिश्रण से कुशल और आसान‑से‑निर्माण बैटरियों की उच्च मांग है। अधिकांश बैटरियों में दो कठोर धातु (या ग्रेफ़ाइट) ठोस एनोड और कैथोड को इलेक्ट्रोलाइट द्वारा जोड़ा जाता है।
अक्सर, इलेक्ट्रोलाइट आयनिक‑कंडक्टिव सॉल्वेंट में एक जेल होता है।
इसलिए, यूनिवर्सिटी ऑफ मैरीलैंड के शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि क्या वे EA का उपयोग करके एक नई प्रकार की बैटरी बना सकते हैं।
उन्होंने इलेक्ट्रोड के रूप में कॉपर और जिंक का उपयोग किया और 0.9V बैटरी बनाई।
यह केवल गैर‑बैटरी विशेषज्ञों द्वारा किया गया एक प्रूफ़‑ऑफ़‑कॉन्सेप्ट था। हालांकि, उनका मानना है कि समान सिद्धांतों का उपयोग करके लचीली और रिचार्जेबल बैटरियां बनाई जा सकती हैं। और यह नई बैटरी निर्माण विधि का मार्ग खोल सकता है।
सॉफ्ट रोबोटिक्स
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया, रोबोटिक इंजीनियर लंबे समय से ऐसे रोबोटों का सपना देखते रहे हैं जो कठोर और सॉफ्ट घटकों को मिलाते हों, जैसे जीवों में कठोर हड्डियाँ और सॉफ्ट मांसपेशियाँ एवं ऊतक होते हैं।
एक बुनियादी परीक्षण किया गया ताकि दिखाया जा सके कि EA इस उद्देश्य के लिए कैसे उपयोग किया जा सकता है। इसके लिए कठोर घटकों (ग्रेफ़ाइट प्लेट) और सॉफ्ट घटकों (हाइड्रोजेल) का मिश्रण उपयोग करके “लोड‑बेयरिंग हार्ड‑सॉफ्ट स्ट्रक्चर” बनाया गया।
बढ़ते लोड का उपयोग करके, संरचना ने पहले इसे सहारा और फिर झुकना शुरू किया। जब यह वजन हटाया गया, तो जेल स्तंभ अपने मूल स्वरूप में वापस आ गए, और ऊपर की स्लैब ऊपर की ओर चली गई।
केवल कठोर तत्व संपीड़नीय या विकृत नहीं हो सकते, जबकि केवल सॉफ्ट तत्व लोड के तहत कुचले जा सकते हैं। संयोजन, हालांकि, बिना क्षति के लचीले ढंग से लोड सहन कर सकता है।
संपीड़न और “पुश बैक” करने में सक्षम होने से, ऐसी प्रणाली को एक्ट्यूएटर और रोबोट बनाने में उपयोग किया जा सकता है जो अपने पर्यावरण के साथ नाज़ुक तरीके से इंटरैक्ट कर सकें।
जल के नीचे चिपकने वाला
पानी‑समृद्ध वातावरण या जल के नीचे कुछ भी चिपकाना तकनीकी चुनौती हो सकता है। चिपकने वाले बंध अक्सर आसपास के जल अणुओं से प्रभावित होते हैं और अधिकांश मामलों में आवश्यक शक्ति से कम होते हैं।
यहाँ, चिपकन एक इलेक्ट्रोकेमिकल घटना है जो केवल तब सक्रिय होती है जब जेल और धातु धारा के तहत संपर्क में आते हैं। क्योंकि EA वास्तविक रासायनिक बंध पर निर्भर करता है, यह आसपास के जल से प्रभावित नहीं होता।
प्रोस्थेटिक्स और इम्प्लांट्स
स्टिकी मेटल का एक और संभावित उपयोग बायोमेडिकल क्षेत्र में है। धातु की मानव शरीर के साथ संगतता हमेशा धातु इम्प्लांट्स के उपयोग में एक समस्या रही है। धातु को सॉफ्ट ऊतकों से बिना नुकसान पहुँचाए जोड़ना एक कठिन प्रक्रिया है।
यदि इम्प्लांट्स या प्रोस्थेटिक्स जैसे अंग प्रतिस्थापन सॉफ्ट टिश्यू से चिपक सकें, तो वे अधिक कार्यात्मक और व्यावहारिक बन सकते हैं। यह रोगियों के जीवन की गुणवत्ता को भी काफी सुधार सकता है।
छवि द्वारा RAEng_Publications from Pixabay
और क्योंकि प्रक्रिया को विद्युत धारा द्वारा आसानी से उलटा जा सकता है, स्टिकी इम्प्लांट्स को बदलना या हटाना भी काफी आसान हो सकता है।
स्टिकी मेटल के साथ उन्नत अनुप्रयोग
हार्ड‑सॉफ्ट इलेक्ट्रोएडहेज़न या EA एक उल्लेखनीय खोज है जिसके कई संभावित अनुप्रयोग हैं।
यह न केवल लगभग सभी आयनिक जेल और जैविक ऊतकों (लगभग वह सब जो पानी और लवणों को समेटे हुए है) के साथ काम करता है, बल्कि टिन, कॉपर और यहाँ तक कि ग्रेफ़ाइट जैसी सस्ती बेस धातुओं के साथ भी उपयोग किया जा सकता है। इन कम‑लागत सामग्री के कारण, कोई भी औद्योगिक अनुप्रयोग लागत‑प्रतिस्पर्धी होने की संभावना रखता है।
यह रोबोटिक्स के क्षेत्र को पूरी तरह बदल सकता है, बेहतर ग्रिपर से शुरू होकर, विशेष रूप से मांस, फल और सब्जियों जैसे खाद्य उत्पादों के लिए। फिर यह हार्ड और सॉफ्ट/इलेस्टिक भागों को मिलाकर वास्तविक सॉफ्ट रोबोट बनाने की अनुमति देगा।
यह शरीर के प्रोस्थेटिक्स और इम्प्लांट्स से कनेक्शन को भी बहुत आसान बना सकता है, जिससे हम सच्ची साइबरनेटिक तकनीक के एक कदम और करीब पहुँचेंगे।
अंत में, यह रोबोटिक्स और प्रोस्थेटिक्स से परे भी अनुप्रयोग रख सकता है, संभावित रूप से नई प्रकार की बैटरियों के साथ-साथ जल के नीचे और उलटे‑जाने योग्य चिपकने वाले भी बना सकता है।
